Drugi deo: Kako odnos radijacije, svetlosti i boje utiče na toplotnu provodljivost stakla?

Koncept radijacije, svetlosti i boje su ključ za jasno razumevanje toplotne izolacije, solarne kontrole i kontrole svetlosti.

Emisivnost

Predmeti locirani u unutrašnjosti objekata zrače toplotu u obliku dugotalasnog infracrvenog zračenja (over 2500 nm). Pošto staklo praktično ne prenosi ovaj tip zračenja ono će apsorbovati dugotalasno infracrveno zračenje, to će prouzrokovati zagrevanje i tada će staklo emitovati toplotu nazad u prostor.

Providno staklo (bez prevlake) će generalno emitovati toplotu na hladniju stranu, npr. zimi prema vani, što znači da se energija gubi. Low-emissivity prevlake su projektovane da poraste refleksija apsorbovane toplote stakla ka unutrašnjosti objekta. Suprotno providnom staklu, low-emissivity stakla povećavaju zadržavanje toplote u zgradi i povećanje toplotnog komfora. Emisivnost stakla se može zato integrisati kao postojanje nivoa apsorpcije, niža emisivnost (apsorpcija), veća refleksija i više zadržane toplote unutar zgrade.

Na slici 8 je dato dvostruko ostakljenje sa visokim karakteristikama.

Možda Vas zanima:

Treći deo: Kako odnos radijacije, svetlosti i boje utiče na toplotnu provodljivost stakla? Kako odabrati dizajn i boje za prozore i vrata Kako odnos radijacije, svetlosti i boje utiče na toplotnu provodljivost stakla? Kako staklo utiče na zvučnu izolaciju?

Na primer, emisivnost od 0,2 znači da 80% toplotnog toka apsorbovanog se reflektuje u unutrašnjosti zgrade.
ε = 1 – RE

U naučnim terminima emisivnost se definiše kao veza između date površine, date temperature koja se perfektno emituje (npr. crno telo koje ima emisivnost od 1), na istoj temperaturi.Standard EN 12898 opisuje način korišćenja za merenje normalne emisivnosti, εn u praksi. Korigovana vrednost εn emisivnosti se koristi za računanje prenosa toplote, množeći normalnu emisivnost faktorom koji uzima u obzir uglovnu distribuciju emisivnosti.

Providna ploča stakla ima normalnu emisivnost od 0,89, dok pirolitičke prevlake imaju vrednost emisivnosti između 0,3 i 0,15, dok magnotron prevlake imaju niže vrednosti između 0,1 i 0,02.

Topli krajnji distancer

Konvencionalni metalni distancer napravljen je od aluminijuma ili čelika, i zamenjen je plastičnim, koji može biti ojačan, u nekim slučajevima, metalnom strukturom. Toplotna provodljivost plastičnih materijala je daleko superiornija u odnosu na čelik ili aluminijum, i distancer smanjuju gubitke toplote po ivičnom obimu stakla.

Korišćenjem toplog ivičnog distancera ne menja se Ug vrednost stakla (koji je U vrednost centra stakla saglasno EN 673, dok je Uw koeficijent prolaza toplote kompletnog prozora koji obuhvata (staklo + distancer + ram).

Trostruko ostakljenje

Pošto je izolacija porasla zbog prisustva vazduha u prostoru, naredni korak je trostruko ostakljenje, npr. ostakljenje napravljeno od staklenih ploča razdvojenih sa dva prostora. Ova rešenja se koriste za veoma niske Ug vrednosti, niže od 1 W/(m²K). Međutim, postoje mane koje su povezane za ovu tačku sa aspekta debljine i težine ostakljenja, koji ne mogu uvek biti zadovoljavajuće adaptirani konvencionalnom metodom ugradnje. Trostruko ostakljenje je sada osnov za pasivne kuće, koje se odlikuju visokim nivoom toplotne izolacije.

Solarna kontrola

Emisivnost je uzrokovana dugotalasnim infracrvenim zračenjem i praktično, nema nikakvog uticaja na sunčevu radijaciju (zračenje), koristeći dvostruko ostakljenje naglašene toplotne izolacije, koje u isto vreme dozvoljava najviše solarne energije. Za kombinaciju toplotne i solarne kontrole potrebni su drugi tipovi prevlaka koje kombinuju ove funkcije.

Pogled kroz ostakljenje

Nije pogodna konvencionalno i dvostruko ostakljena jedinica visokih performansi strana na stranu, pošto se nalazi blaga razlika boja (uzrokovana prisustvom metalne prevlake koja može biti vidljiva pod određenim uslovima).

Osnova stakala

Neke od ovih prevlaka se mogu koristiti isključivo za toplotnu izolaciju i one su neutralne, što znači da se one mogu koristiti u stambenim objektima. U sadašnje vreme, su razvijene neutralne prevlake i one mogu biti razvijene, kombinujući izolacionu i solarnu kontrolu. Konačno, neke prevlake za solarnu kontrolu takođe poboljšavaju toplotnu izolaciju, ove prevlake mogu biti obojene ili neutralne. Magnetronska prevlaka mora uvek biti u okviru dvostruke izolacione jedinice.

Temperatura ostakljenja i komfo

Osećaj komfora na svakom mestu zavisi ne samo od ambijentalne temperature vazduha nego takođe od potencijala blizine hladne površine. Ljudsko telo – površina (koža) – temperatura je približno 28 °C deluje kao „radijator” kada se približava hladnoj površini takvoj kao što je ostakljenje osigurava manju toplotnu izolaciju. Otpuštena energija na ovaj način rezultuje se u osećaju nekomformnosti, hladnoći.

Kao što je pokazano na slici 9, korišćenje ostakljenja visokih performansi ne samo da ograničava gubitak energije nego sprečava nekomformnost uzrokovanu hladnim površinama. Promena temperature sa unutrašnje strane ostakljenja zavisi od vrednosti Ug i prikazana je na slici 9.

Kondenzacija

Mogu se pojaviti tri tipa kondenzacije na ostakljenjima:

• površinska kondenzacija na unutrašnjoj strani (pozicija 4) – Ova pojava se javlja ako je unutrašnja relativna vlažnost visoka i/ili temperatura unutrašnje strane ostakljenja je niska, pod normalnim uslovima (grejanje zgrade sa nespecifičnom vlažnošću), ovaj tip kondenzacije veoma retko se javlja kada se koriste dvostruke izolacione jedinice sa visokim karakteristikama
• površinska kondenzacija na spoljašnjoj strani (pozicija 1) – Ova kondenzacija se može ponekad pojaviti pri dnu na dvostrukom ostakljenju sa visokim performansama, ali samo pri bistrim, mirnim noćima, pod ovim uslovima termoizolaciono dvostruko ostakljenje visokih karakteristika, spoljni panel se hladi tako da se tačka kondenzacije formira napolju. Ovo je privremeno i dokazuje izolacionu efikasnost ostakljenja
• kondenzacija unutar dvostruke staklene jedinice (poz. 2 ili 4) – To je rezultat efektivnog apsorbera vlage i barijera protiv prodora iste. Ona karakteriše životni vek ostakljenja. Ako apsorber vlage postaje neefektivan ili ako zaptivač duže nije hermetičan, kondenzacija će se oblikovati unutar staklene jedinice i biće neophodno tu jedinicu zameniti.

Solarna kontrola

Energetski faktor

Kada sunčevi zraci udaraju u ostakljenje, ukupna incidentna solarna radijacija (između 300 nm i 2500 nm) ϕe je razdvojena na:

• deo ρe x ϕe reflektovan ka vani, gde je ρe (ili ER) direktna refleksija ostakljenja
• deo τe x ϕe prolaz kroz ostakljenje, gde je τe (ili DET) direktan prolaz energije kroz ostakljenje
• deo αe x ϕe je apsorbovan od ostakljenja, gde je αe (ili EA) direktno apsorbovana energija od ostakljenja.

Energija apsorbovana od ostakljenja se tada deli na:

• deo qi x ϕe koji se emituje nazad u unutrašnji prostor, gde je qi sekundarni faktor prenosa toplote
• deo qe x ϕe se emituje nazad ka spoljašnosti, gde je qe sekundarni faktor spoljnjeg prenosa toplote.

Na slici 10 su dati energetski faktori.

Ovi različiti faktori su povezani formulom:

ρe + τe + αe  =  1  ili ER + DET + EA = 100  i αe = qi + qe

Solarni faktor g (ili SF) predstavlja ukupnu energiju prenesenu kroz ostakljenje. Zbog toga je to suma radijacije (zračenja) direktno prenešene i ove koja je apsorbovana i emitovana nazad u unutrašnji prostor.

Solarni faktor

Na sličan način kao i energetski faktori, svetlosni faktori se definišu isključivo na osnovu vidljivog dela solarnog spektra (između 380 nm i 780 nm). Faktori prolaza svetlosti τv (LT) i refleksija svetlosti ρv (LR) su definisani respektivno kao delovi prenesene i reflektovane svetlosti od strane ostakljenja. Radijacija (zračenje) apsorbovano od ostakljenja nije vidljivo i generalno se ne uzima u račun. Na slici 11 su prikazani faktori svetlosti.

U tabeli 5. su dati solarni faktor i prolaz svetlosti LT za dvostruko ostakljenu jedinicu.

	Solarni faktor ST	Prolaz svetlosti LT
Providno staklo 4 mm	0,86	0,90
Providno izo staklo 4-16-4 mm	0,76	0,81
Izolaciono staklo sa niskoemisionom prevlakom 4-16-4 mm Low-e	0,60	0,78
Tabela 5. Solarni faktor (SF) i prolaz svetlosti (LT) za dvostruko ostakljenu jedinicu

Korišćenjem dvostruko izolacionog stakla sa donjom emisivnošću dolazi do sniženja solarnog faktora, kao i sniženja prolaza svetlosti. Treba naglasiti da je sniženje svetlosnog faktora neznatno u poređenju sa providnim termoizolacionim staklom.

Indeksi postojanosti boje RD 65 (Ra)

Indeks postojanosti boje RD 65 (Ra): je indeks koji kvantificira razliku u boji između osam uzoraka boja za ispitivanje ploče direktno izvorom D65 i ispuštanjem iz istog izvora, prenesenog ostakljenjem. Viša vrednost znači da je manje boja promenjena kada gledamo kroz ostakljenje. Standard EN 410 daje nova označavanja, odgovarajuće indikatore koji su dati u tabeli 6.

Selektivnost

Toplota koja ulazi u prostor dolazi kompletno od solarne radijacije (zračenja), npr. vidljive svetlosti, ultravioletnih zraka i infracrvenog zračenja. Količina toplote koja ulazi u zgradu može biti ograničena bez smanjenja nivoa svetlosti korišćenjem prevlaka na staklu visokih karakteristika, koji sprečavaju UV i infracrveno zračenje od prolaska kroz staklo, ali omogućavaju prolaz vidljive svetlosti. Takva stakla se zovu selektivna. Selektivnost stakla je definisana kao odnos između prolaza svetlosti (LT) i solarnog faktora (SF).

Selektivnost = LT/SF

Selektivnost uvek ima vrednost između 0 i 2

• 0 je neprozirno staklo koje ima nivo prolaza svetlosti 0
• 2 je najbolja moguća selektivnost jer svetlost predstavlja 50% solarnog spektra.

Na primer, za ostakljenje sa LT od 50% najniži mogući SF je 25%. Što je ova vrednost bliže 2 to je ostakljenje više selektivnije. Na slici 12. je data selektivnost.

Primeri:

• Providno staklo 4 mm: LT = 90%; SF = 86% selektivnost = 90/86 = 1,04
• Dvostruko ostakljenje za zaustavljanje sunca 6–16–6 mm: LT = 41%, SF = 22%, selektivnost = 41/22 = 1,86
• Klasično stopsol Bronza 6 mm: LT = 21%, SF = 42%, selektivnost = 21/42 = 0,50

Konvencija vezana za položaj prevlake

Nova konvencija vezana za položaj prevlake je prikazana na slici 13.

a) monolitno staklo (uvek između 1 i 2)

b) dvostruko ostakljenje (uvek između 1 i 4)

c) trostruko ostakljenje (uvek između 1 i 6)

Na slici 14. je dat prikaz montiranog stopsol klasik zeleno montirano u laminirano staklo.

Solarna kontrola

Zagrevanje prostora – efekat staklene bašte

Sunce može doneti mnogo toplote u zgrade sa znatnim ostakljenim površinama. Toplota od sunca prodire u prostor direktno ili indirektno transmisijom posle apsorbovanja od strane ostakljenja. Ova solarna radijacija (zračenje) prodire u zgradu dostižući zidove, podove, nameštaj, koji parcijalno (delimično) apsorbuju zrake i zagrevaju se. Oni tada vraćaju ovu toplotu u obliku infracrvenog toplotnog zračenja sa talasnim dužinama koje prelaze 2500 nm (dugotalasno infracrveno zračenje).

Međutim, staklo je praktično neprolazno za visoko talasno zračenje i kasnije zato zrači ka unutra. Na ovaj način je pokazano kako radi efekat staklene bašte. Obojena stakla ili ona sa prevlakama za solarnu kontrolu, dozvoljavaju manji prolaz toplote kroz staklo i zato uzrokuju manje zagrevanje. Na slici 15. je prikazan efekat staklene bašte na automobilu parkiranom na suncu. Temperatura u unutrašnjosti vozila raste značajno kao što su sedišta, volan upravljača.

Korišćenje prostora – slobodna solarna energija

Efekat staklene bašte je poželjan u kućama za vreme hladnog perioda godine, što čuva energiju. Suprotno nepopularno je u tercijarnom sektoru zgradarstva u kojima je veliki broj zaposlenih, električna oprema i veštačko osvetljenje, svi uzrokuju porast temperature unutar objekta. U takvim slučajevima efekat staklene bašte znači porast troškova klimatizacije i za ove zgrade je korišćena zaštita od solarne energije.

Položaj prozora

Jasno, količina solarne energije kroz staklo zavisi od položaja prozora na fasadi. U severnoj hemisferi, severna fasada prozora generiše manji tok prolaza. Južna fasada prozora prima mnogo sunca zimi i manje sunca leti. Zapad i istok – prozori na ovim fasadama imaju manji prijem, „putujući” ka kraju dana kada je zgrada imala vremena da se zagreje. Ovaj položaj je zato najkritičniji kada se pokušava voditi tok solarne energije kroz ostakljenje.

Poželjne karakteristike ostakljenja

Slika 16. pokazuje kombinaciju vrednosti SF i LT, postoji nekoliko različitih zona:

• s obzirom da vidljivo zračenje čini pola solarnog spektra, solarni faktor ne može biti manji nego pola prolaza svetlosti, ovo je ekvivalentno gornjoj tamnoj površini grafika, koji je zato fizički nemoguće ostvariti,
• ostvarenje visokog solarnog faktora (značajan prolaz energije) sa niskom transmisijom svetlosti je relevantno, ovo je ekvivalentno donjoj sivoj površini grafika.

Centralna bela površina grafika je ekvivalentna ovim karakteristikama. Teoretski je moguće ostvariti sekciju ove površine što je veoma vredno sa tačke gledišta solarne i svetlosne kontrole.

Optimalne karakteristike zimi:

• u stambenim zgradama: poželjne kombinacije sa više ili manje visokim nivoom transmisije svetlosti (crveno okružena površina), zimi, visoki solarni faktor i visoki nivo svetlosne propustljivosti su poželjeni (plavo okružena površina).
• u kancelarijama zgrada suprotno stambenim objektima: zimi napori moraju takođe biti napravljeni da ograniče solarne dobitke ako su unutrašnji toplotni dobici visoki.

Sve tačke unutar bele površine mogu teoretski biti ostvarene, ali sa raspoloživim staklenim proizvodima, te sve selektivne kombinacije nisu danas raspoložive. Ovaj izabrani kriterij uzima samo u račun energiju i prolaz svetlosti, realno, kada biramo ostakljenje onda moramo takođe imati u razmišljanju zahteve toplotne izolacije.

Prvi deo ovog članka možete pročitati na linku
Treći deo ovog članka možete pročitati na linku

Autori teksta: Prof. dr Dragan Škobalj, Ž. Đokić dipl.inž.maš.